DE19828955C2

DE19828955C2 - Digital vibrator

Info

Publication number: DE19828955C2
Application number: DE19828955A
Authority: DE
Inventors: Oliver Heid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: US6154068A; DE19828955A1

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Schwingungserzeuger, der insbesondere für den Einsatz in einem Hochfrequenzsender eines diagnostischen Magnetresonanzgerätes geeignet ist.The invention relates to a digital vibration generator, which is particularly suitable for use in a radio frequency transmitter a diagnostic magnetic resonance device is suitable.

Bei der Magnetresonanzbildgebung wird zur Ortsauflösung die Frequenzabhängigkeit der Magnetresonanzsignale vom Magnetfeld ausgenutzt. Bei den heute üblichen bildgebenden Sequenzen wird zusätzlich zum Hauptmagnetfeld ein Magnetfeldgradient im Abbildungsbereich so eingestellt, daß nur Kerne in einer be stimmten Schicht angeregt werden. Zum Anregen der Schicht wird ein Hochfrequenzsignal mit einer entsprechenden Mitten frequenz und Bandbreite in ein abzubildendes Gebiet gesendet. Die Ortsauflösung in der Schicht erfolgt über eine anschlie ßende Phasencodierung und beim Empfang der Magnetresonanzsi gnale über eine Frequenzcodierung mit entsprechenden magneti schen Gradientenfeldern.In magnetic resonance imaging, the Frequency dependence of the magnetic resonance signals on the magnetic field exploited. With today's imaging sequences a magnetic field gradient in addition to the main magnetic field Imaging area set so that only nuclei in a be agreed layer to be excited. To stimulate the layer becomes a high frequency signal with a corresponding center frequency and bandwidth are sent to an area to be mapped. The spatial resolution in the layer takes place via a ß phase coding and when receiving the magnetic resonance gnale over a frequency coding with appropriate magneti gradient fields.

Aus der US PS 5,170,123 ist ein Magnetresonanzgerät mit einem digitalen Sender-Empfänger bekannt. Der digitale Sender-Emp fänger umfaßt einen numerisch gesteuerten Modulationsoszilla tor (NCMO), dessen Frequenz und Phase mit digitalen Steuersi gnalen, die von einer Sequenzsteuerung erzeugt werden, vorge geben werden können. Ein weiterer Eingang ist zur Absenkung der Basisfrequenz vorgesehen. Der Ausgang des numerisch ge steuerten Modulationsoszillators gibt einen Wert aus, mit dem eine Sinustabelle in einem nachfolgenden Speicher adressiert wird. Das Ausgangssignal wird dann im Sender einem Modulator und im Empfänger einem Demodulator zugeführt.From US Pat. No. 5,170,123 is a magnetic resonance device with a known digital transceiver. The digital transmitter emp catcher includes a numerically controlled modulation oscilla gate (NCMO), its frequency and phase with digital control si signals generated by a sequence controller, pre can be given. Another entrance is for lowering the base frequency. The output of the numerically ge controlled modulation oscillator outputs a value with which a sine table is addressed in a subsequent memory becomes. The output signal is then a modulator in the transmitter and fed to a demodulator in the receiver.

In der US-Patentschrift 5,179,348 A sind digitale Schwin gungserzeuger beschrieben, die rückgekoppelte Addierer auf weisen. Die Ausgänge der Addierer sind über Multiplexer und Register mit einer Look-up-Tabelle verbunden. Als Steuersi gnale sind dem Schwingungserzeuger eine feste (ideale) Fre quenz und eine Frequenzabweichung zuführbar, woraus in einem Voraddierer die Frequenz des Schwingungserzeugers gebildet wird.In US Pat. No. 5,179,348 A there are digital oscillators described generation generator, the feedback adder point. The outputs of the adders are via multiplexers and Register connected to a look-up table. As a tax inspector Signals are a fixed (ideal) fre for the vibrator quenz and a frequency deviation can be supplied, from which in one Pre-adder formed the frequency of the vibrator becomes.

Die DE 690 29 592 T2 beschreibt einen Pulsgenerator mit einem Addierer, dessen Ausgang mit einem Verzögerungselement ver bunden ist. Der Ausgang des Verzögerungselements ist mit ei nem ersten Eingang verbunden. Einem zweiten Eingang des Ad dierers wird eine konstante Erhöhungszahl zugeführt.DE 690 29 592 T2 describes a pulse generator with a Adder, the output of which is ver is bound. The output of the delay element is with ei connected to a first input. A second entrance to the ad dierers a constant increase number is supplied.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Schwingungserzeuger anzugeben, mit dem auf einfache Weise die Frequenz- und Phasenlage des Signals am Schwingungsausgang steuerbar ist. The invention is based on the object, a digital Specify vibration generator with which the Frequency and phase position of the signal at the vibration output is controllable.

Die Aufgabe wird durch einen digitalen Schwingungserzeuger gelöst, umfassend einen ersten rückgekoppelten Addierer, der eingangsseitig mit einem ersten Steuereingang verbunden ist, einem zweiten rückgekoppelten Addierer, der eingangsseitig mit einem zweiten Steuereingang verbunden ist, einem Addie rer, der eingangsseitig mit einem dritten Steuereingang und jeweils einem Ausgang des ersten und des zweiten Addierers verbunden ist, und einem Speicher, der eingangsseitig mit ei nem Ausgang des Addierers und der einen ersten Schwingungs ausgang aufweist. Damit kann die Frequenz- und Phasenlage des Schwingungserzeugers beliebig eingestellt werden. Insbesonde re ist damit die in diagnostischen Magnetresonanzgeräten für die verschiedenen bildgegebenden Sequenzen erforderliche Pha senkohärenz auf der Hochfrequenzseite leicht herzustellen. In diesem Zusammenhang bedeutet Phasenkohärenz, daß die Phase zu einer bestimmten Zeit einen bestimmten Wert besitzt. Durch die Aufteilung der Frequenzsteuerung in eine konstante Basis frequenz und eine variable Zusatzfrequenz ergibt sich bei mi nimaler Wortlänge der digitalen Steuersignale eine hohe Ge nauigkeit. Dabei wird dem ersten Steuereingang das bei gege bener Taktrate die Basisfrequenz bestimmende Winkelinkrement und dem zweiten Steuereingang das bei gegebener Taktrate den variablen Frequenzanteil bestimmende Winkelinkrement zuge führt. Der Nullphasenwinkel kann über den dritten Steuerein gang zugeführt werden.The task is done by a digital vibrator solved, comprising a first feedback adder, the is connected on the input side to a first control input, a second feedback adder, the input side is connected to a second control input, an addie rer, the input side with a third control input and one output each of the first and second adders is connected, and a memory, the input side with egg nem output of the adder and a first vibration has output. The frequency and phase position of the Vibration generator can be set arbitrarily. In particular re is the one in diagnostic magnetic resonance devices for the various imaging sequences required Pha easy to produce the coherence on the high frequency side. In In this context, phase coherence means that the phase is too has a certain value at a certain time. By the division of frequency control into a constant basis frequency and a variable additional frequency results at mi nimal word length of the digital control signals a high Ge accuracy. The first control input is countered by angular increment determining the base frequency and the second control input that for a given clock rate variable frequency component determining angular increment leads. The zero phase angle can be controlled via the third control be fed.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß der Speicher einen zweiten Schwingungsausgang aufweist, wobei der erste Schwingungsausgang als Inphaseausgang und der zweite Schwinungsausgang als Quadraturausgang ausgebildet ist. Prinzipiell kann aus einer einzigen Sinus- oder Cosinus- Tabelle das Inphase- und das Quadratursignal erzeugt werden, indem gleichzeitig verschiedene Speicherinhalte ausgelesen werden. An advantageous embodiment is characterized by that the memory has a second vibration output, the first vibration output as an in-phase output and the second vibration output designed as a quadrature output is. In principle, a single sine or cosine The in-phase and quadrature signals are generated, by reading out different memory contents at the same time become.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ad dierer eingangsseitig mit einem Phasenkorrekturspeicher ver bunden. Damit können Phasenfehler der nachfolgenden Signal kette schon über den digitalen Schwingungserzeuger selbst auf einfache Art kompensiert werden.In a particularly advantageous embodiment, the ad ver on the input side with a phase correction memory bound. This can cause phase errors of the subsequent signal already chain on the digital vibration generator itself simple way to be compensated.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der zweite rückgekoppelte Addierer einen Rücksetzeingang. Damit kann beim Einsatz in einem Magnetresonanzgerät nach jeder Sendeoperation der Schwingungserzeuger zurück auf die Basis frequenz gesetzt werden.In a further advantageous embodiment, the second feedback adder a reset input. In order to can be used in a magnetic resonance device after each Send operation of the vibrators back to the base frequency can be set.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens einer der Schwingungsausgänge mit einem Modulator verbunden. Die volldigitale Ausgestaltung des Schwingungserzeugers als Sender erfüllt hohe Anforderungen an die Langzeitstabilität.In a further advantageous embodiment, at least one of the vibration outputs is connected to a modulator. The fully digital design of the vibration generator as Transmitter meets high requirements for long-term stability.

Auf einfache Weise lassen sich Amplitudenfehler, die in den Gliedern der nachfolgenden Signalkette erzeugt werden, korri gieren, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Modulator mit einem Betragskorrekturspeicher verbunden ist.Amplitude errors, which are in the Links of the subsequent signal chain are generated, correct yaw if, according to a further advantageous embodiment the modulator is connected to an amount correction memory is.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand von zwei Figuren erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will follow hand explained by two figures. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines digitalen Schwingungserzeu gers und Fig. 1 is a block diagram of a digital Schwingungserzeu gers and

Fig. 2 beispielhaft einen Signalverlauf des Phasenwinkels, der den Signalformspeicher adressiert. Fig. 2 shows an example of a signal curve of the phase angle, which addresses the waveform memory.

Bei dem in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellten digitalen Schwingungserzeuger sind aus Gründen der Übersichtlichkeit erforderliche Taktgeneratoren und Takteingänge der digitale Bausteine nicht dargestellt. Mit üblichen Bauteilen läßt sich der Schwingungserzeuger mit einer Taktrate von 10 MHz betrei ben. Der digitale Schwingungserzeuger arbeitet nach dem Prin zip eines numerisch gesteuerten Oszillators, bei dem mit Hil fe der Phase der zu erzeugenden Schwingung ein Schwingungs formspeicher adressiert wird. Der digitale Schwingungserzeu ger kann in einem diagnostischen Magnetresonanzgerät einge setzt werden zur Erzeugung und Modulation der hochfrequenten Sendesignale im MHz-Bereich und zur Demodulation der empfan genen Magnetresonanzsignale.For the sake of clarity, the required clock generators and clock inputs of the digital components are not shown in the digital oscillation generator shown as a block diagram in FIG . With conventional components, the vibration generator can be operated with a clock rate of 10 MHz. The digital vibration generator works according to the principle of a numerically controlled oscillator, in which a vibration shape memory is addressed with the aid of the phase of the vibration to be generated. The digital oscillation generator can be used in a diagnostic magnetic resonance device for generating and modulating the high-frequency transmission signals in the MHz range and for demodulating the received magnetic resonance signals.

Der Schwingungserzeuger umfaßt einen ersten rückgekoppelten Addierer 2, der eingangsseitig mit einem ersten Steuereingang 4 verbunden ist. Der Addierer 2 erhöht den am Ausgang 6 aus gegebenen Datenwert mit jedem Takt um den am Eingang 4 anlie genden Wert.The vibration generator comprises a first feedback adder 2 , which is connected on the input side to a first control input 4 . The adder 2 increases the data value given at the output 6 with each cycle by the value at the input 4 .

Ein zweiter rückgekoppelter Addierer 8 ist eingangsseitig mit einem zweiten Steuereingang 10 verbunden. Der zweite rückge koppelte Addierer 8 erzeugt ebenso wie der erste rückgekop pelte Addierer 2 an seinem Ausgang 12 einen Digitalwert, der nach jedem Takt um den am zweiten Steuereingang 10 anliegen den Wert erhöht ist.A second feedback adder 8 is connected on the input side to a second control input 10 . The second feedback adder 8 , like the first feedback adder 2, produces a digital value at its output 12 , which is increased after each cycle by the value applied to the second control input 10 .

Die Ausgänge 6 bzw. 12 des ersten bzw. des zweiten rückgekop pelten Addierer 2, 8 sind mit Eingängen eines Addierers 14 verbunden. Der Addierer 14 ist eingangsseitig noch mit einem dritten Steuereingang 16 verbunden. Zusätzlich weist der Ad dierer 14 einen Phasenkorrektureingang 18 auf.The outputs 6 and 12 of the first and second feedback coupled adders 2 , 8 are connected to inputs of an adder 14 . The adder 14 is also connected on the input side to a third control input 16 . In addition, the ad dier 14 has a phase correction input 18 .

Alle an den Eingängen des Addierers 14 anliegende Digitalwer te werden addiert und an seinem Ausgang 20 als Phasensignal ϕ ausgegeben. Das Phasensignal ϕ am Ausgang 20 adressiert einen Sinus-Cosinus-Speicher 22, der einem Inphase-Schwin gungsausgang 24 und einem Quadratur-Schwingungsausgang 26 aufweist. Die jeweiligen Wortlängen der Steuersignale und die Taktfrequenz, womit die rückgekoppelten Addierer 2 und 8, der Addierer 14 und der Speicher 22 arbeiten, wird durch die An forderungen an die Genauigkeit des Schwingungssignals be stimmt. All digital values present at the inputs of adder 14 are added and output at its output 20 as phase signal ignal. The phase signal ϕ at the output 20 addresses a sine-cosine memory 22 which has an in-phase vibration output 24 and a quadrature vibration output 26 . The respective word lengths of the control signals and the clock frequency, with which the feedback adders 2 and 8 , the adder 14 and the memory 22 operate, are determined by the requirements for the accuracy of the oscillation signal.

Der zweite rückgekoppelte Addierer 8 besitzt noch einen Rück setzeingang 28, worüber der Ausgabewert des Addierers 8 auf Null zurückgesetzt werden kann. Wird dann gleichzeitig als Wert am Eingang des Addierers 8 auch der Null vorgegeben, dann bleibt der Ausgabewert unverändert Null.The second feedback adder 8 also has a reset input 28 , via which the output value of the adder 8 can be reset to zero. If zero is then also specified as the value at the input of adder 8 , the output value remains unchanged at zero.

Der Inphase-Schwingungsausgang 24 und der Quadratur- Schwingungsausgang 26 sind mit entsprechenden Eingängen eines digitalen Einseitenbandmodulators 30 verbunden, sie können auch - was nicht weiter ausgeführt ist - mit einem Demodula tor zum z. B. zum Demodulieren der empfangenen Magnetreso nanzsignale verbunden sein. Einem weiteren Eingang 32 des Einseitenbandmodulators 30 wird ein Modulationssignal zuge führt, womit die Inphase- und Quadraturschwingungen entspre chend in ihrer Amplitude moduliert werden. Aus den beiden mo dulierten Schwingungen (modulierte Inphase- und modulierte Quadraturschwingung) wird dann das hochfrequente modulierte Einseitenbandsignal in digitaler Form erzeugt.The in-phase vibration output 24 and the quadrature vibration output 26 are connected to corresponding inputs of a digital single sideband modulator 30 , they can also - what is not further explained - with a demodulator for z. B. to demodulate the received magnetic resonance signals. Another input 32 of the single-sideband modulator 30 is supplied with a modulation signal, with which the in-phase and quadrature vibrations are accordingly modulated in their amplitude. The high-frequency modulated single-sideband signal is then generated in digital form from the two modulated oscillations (modulated in-phase and modulated quadrature oscillation).

Zusätzlich sind noch zwei Korrekturspeicher 34 und 36 vorhan den, womit Signalverzerrungen in den nachfolgenden Signalket ten kompensiert werden können. Der erste Korrekturspeicher 34 ist ausgangsseitig mit dem Modulator 30 und der zweite Kor rekturspeicher 36 ist ausgangsseitig mit dem Phasenkorrek tureingang 18 des Addierers 14 verbunden. Den beiden Korrek turspeichern werden ein ideales Modulationssignal |B₁| und ein Abschwächercode-Signal (Tx Attenuator Code) als Adress- Signale zugeführt. Zuvor, z. B. bei der Einrichtung der An lage, ermittelte Korrekturwerte, die die Verzerrungen bzw. die einstellbaren Abschwächungen berücksichtigen, sind in den beiden Speichern 34, 36 abgelegt. Das dann vorverzerrte (preemphasis) Modulationssignal wird von dem Betragskorrek turspeicher 34 geliefert. Die beiden Speicher 34 und 36 sind z. B. als FLASH EPROM oder EEPROM ausgeführt, die zwar mit neuen Werten beschreibbar sind, aber auch im stromlosen Zu stand den Speicherinhalt nicht verlieren. In addition, two correction memories 34 and 36 are present, with which signal distortions in the subsequent signal chains can be compensated for. The first correction memory 34 is connected on the output side to the modulator 30 and the second correction memory 36 is connected on the output side to the phase correction input 18 of the adder 14 . The two correction memories are an ideal modulation signal | B ₁ | and an attenuator code signal (Tx attenuator code) are supplied as address signals. Previously, e.g. B. when setting up the system, determined correction values that take into account the distortions or the adjustable attenuations are stored in the two memories 34 , 36 . The then pre-distorted (preemphasis) modulation signal is supplied from the amount correction memory 34 . The two memories 34 and 36 are e.g. B. executed as a FLASH EPROM or EEPROM, which can be written with new values, but do not lose the memory content even when de-energized.

Dem ersten Steuereingang 4 ist hier das Winkelinkrement ω₀dt der Basisfrequenz zugeführt. Das Winkelinkrement ω₀dt bleibt im allgemeinen über einen längeren Zeitraum konstant. Fre quenzabweichungen Δω von der Grundfrequenz werden als varia bles Winkelinkrement Δωdt dem zweiten Steuereingang 10 zuge führt. Der Nullphasenwinkel ϕ_RF wird über den dritten Steuer eingang dem Addierer 14 zugeführt. Auch der Nullphasenwinkel bleibt im allgemeinen über einen längeren Zeitraum konstant. Dagegen können über den Phasenkorrektureingang 18 Phasenkor rekturen vorgegeben werden, die in den nachfolgenden Gliedern der Signalverarbeitungskette, wie z. B. in einem Modulator oder einem Leistungsverstärker, erzeugte Phasenfehler korri gieren.The first control input 4 here is supplied with the angular increment ω ₀ dt of the base frequency. The angular increment ω ₀ dt generally remains constant over a longer period. Frequency deviations Δω from the fundamental frequency are supplied to the second control input 10 as a variable angle increment Δωdt. The zero phase angle ϕ _RF is fed to the adder 14 via the third control input. The zero phase angle generally also remains constant over a longer period of time. In contrast, 18 Phasenkor corrections can be specified via the phase correction input, which in the subsequent links of the signal processing chain, such as. B. in a modulator or a power amplifier, correct phase errors generated.

Fig. 2 zeigt nun den zeitlichen Verlauf des am Ausgang des Ad dierers 20 erzeugten Phasensignals, jedoch ohne den von der Grundschwingung ω₀ herrührenden Anteil, also den Verlauf des Phasenwinkels ϕ - ω₀t. Zum Zeitpunkt t1 soll ein Signal er zeugt werden, das einen Nullphasenwinkel von z. B. ϕ₀₁ be sitzt, symbolisiert durch einen Pfeil 37. Der Wert des Null phasenwinkels ϕ₀₁ wird über den Eingang 16 dem Addierer 14 zugeführt. Zusätzlich soll zu diesem Zeitpunkt die Frequenz erhöht werden, was in Fig. 2 einen linear ansteigenden Verlauf 38 im Phasensignal bedeutet. Durch von Null verschiedene Wer te am Phasenkorrektureingang 18 kann sich auch ein nichtline ar ansteigender Verlauf ergeben. Der ansteigende Teil 38 ist zum Zeitpunkt t2 beendet. Zu diesem Zeitpunkt t2 wird der rückgekoppelte Addierer 8 über den Rücksetzeingang 28 auf z. B. Null gesetzt, symbolisiert durch einen Pfeil 40. Zum Zeit punkt t3 soll eine niedrigere Frequenz als die Grundschwin gung ω₀ erzeugt werden, was ein linear fallender Phasenwert 42 bedeutet. Zusätzlich soll der Phasenwinkel zum Zeitpunkt t3 den Wert ϕ₀₂ annehmen, was durch ein entsprechendes Steu ersignal am dritten Steuereingang 16 bewirkt wird und durch einen Pfeil 44 verdeutlicht ist. Auch hier kann sich aufgrund von Werten am Phasenkorrektureingang 18 ein nichtlinearer Verlauf ergeben. Am Ende t4 des abfallenden Teils im Phasen verlauf wird der zweite rückgekoppelte Addierer 8 über den Rücksetzeingang 28 zurückgesetzt (Pfeil 45). Fig. 2 shows the temporal course of the phase signal generated at the output of the Ad dierers 20 , but without the portion originating from the fundamental vibration ω ₀ , that is, the course of the phase angle ϕ - ω ₀ t. At time t1, a signal is to be generated, which has a zero phase angle of z. B. ϕ ₀₁ sits, symbolized by an arrow 37 . The value of the zero phase angle ϕ ₀₁ is fed to the adder 14 via the input 16 . In addition, the frequency is to be increased at this point in time, which in FIG. 2 means a linearly increasing profile 38 in the phase signal. Values other than zero at the phase correction input 18 can also result in a nonlinear curve. The rising part 38 ends at time t2. At this time t2, the feedback adder 8 via the reset input 28 is z. B. set to zero, symbolized by an arrow 40 . At time t3, a lower frequency than the basic oscillation ω ₀ is to be generated, which means a linearly falling phase value 42 . In addition, the phase angle at the time t3 should assume the value ϕ ₀₂ , which is brought about by a corresponding control signal at the third control input 16 and is indicated by an arrow 44 . Here, too, a non-linear curve can result on the basis of values at the phase correction input 18 . At the end t4 of the falling part in phase, the second feedback adder 8 is reset via the reset input 28 (arrow 45 ).

Claims

1. Digital oscillation generator with a first feedback adder ( 2 ) which is connected on the input side to a first control input ( 4 ), a second feedback adder ( 8 ) which is connected on the input side to a second control input ( 10 ), an adder ( 14 ) which is connected on the input side to a third control input ( 16 ) and in each case one output ( 6 or 12 ) of the first and second adders ( 2 or 8 ), and a memory ( 22 ) which is connected on the input side an output ( 20 ) of the adder ( 22 ) and having a first vibration output ( 24 , 26 ).

2. Digital vibration generator according to claim 1, characterized in that the memory ( 22 ) contains a sine-cosine table.

3. Digital vibration generator according to claim 1 or 2, characterized in that the memory ( 22 ) has a second vibration output ( 26 ), the first vibration output ( 24 ) as an in-phase output and the second vibration output ( 26 ) is designed as a quadrature output .

4. Digital vibration generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the adder ( 22 ) is connected on the input side to a phase correction input ( 18 ).

5. Digital vibration generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second feedback adder ( 8 ) has a reset input ( 28 ).

6. Digital vibration generator according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one of the vibration outputs ( 24 , 26 ) with a modulator ( 30 ) is the verbun.

7. Digital vibration generator according to one of claims 3 to 5, characterized in that both vibration outputs ( 24 , 26 ) are connected to a single sideband modulator ( 30 ).

8. Digital vibration generator according to one of claims 4 to 7, characterized in that the phase correction input ( 18 ) is connected to a phase correction memory ( 36 ).

9. Digital oscillation generator according to one of claims 6 to 8, characterized in that the modulator ( 30 ) is connected to a magnitude correction memory ( 34 ).